專利名稱：低NO_x燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低NOx排放燃燒器，這類燃燒器是緊湊的、工作效率高的，并利用爐子 的燃燒室內(nèi)的爐子氣再循環(huán)來降低NOx排放。由于對大氣污染具有重大影響，爐子排放具有很大的重要性。NOx排放的大源頭是 用于大型和小型爐子的燃燒器，包括例如用于通過蒸汽驅(qū)動(dòng)的渦輪產(chǎn)生電能的非常大型的 爐子。已知可通過降低由爐子內(nèi)部的燃燒器產(chǎn)生的火焰的溫度來降低NOx排放。傳統(tǒng)地， 這已通過將超過化學(xué)計(jì)量地點(diǎn)燃燃料所需空氣量的過量空氣提供給燃燒器來達(dá)成，由于燃 料必須加熱附加空氣，這降低了火焰和由此產(chǎn)生的爐子氣體的總溫度。另一種降低NOx排放的方法是將燃燒器的燃燒空氣與去往尾氣煙囪的煙道氣混 合。這種技術(shù)被稱為煙道氣再循環(huán)(reR)。煙道氣一般具有在大約200華氏度至400華氏 度之間范圍內(nèi)的溫度。再循環(huán)煙道氣降低火焰溫度和NOx產(chǎn)生，但過多的量會造成火焰不 穩(wěn)和爆氣。這兩種方法可單獨(dú)使用或結(jié)合使用。然而，降低NOx排放所需的大量TOR顯著增 加了必須通過燃燒器和爐子對流段傳送的氣體總量。這進(jìn)而需要較大的鼓風(fēng)機(jī)和管道，包 括位于燃燒器頂壁外的常見風(fēng)箱，以應(yīng)付因溫度升高的必須通過系統(tǒng)傳輸?shù)目諝夂蚑OR的 組合質(zhì)量增大。由于鼓風(fēng)機(jī)的供能需求增大，這增加了初始安裝成本以及后續(xù)操作和維護(hù) 成本，這些成本上升都是不合需的。如前面引用的待批申請中披露的那樣，必須再循環(huán)的高量TOR可通過再循環(huán)燃燒 室內(nèi)的爐子氣體而降低。這在降低NOx排放方面表現(xiàn)良好并具有降低或消除用以驅(qū)動(dòng)較大 型鼓風(fēng)機(jī)以應(yīng)付額外燃燒空氣和/或再循環(huán)煙道氣的附加能量的優(yōu)勢。待批申請中披露的 燃燒器的主要部分是從爐壁延伸的大型圓柱形管。旋流器安裝在該管的排出端。接近爐壁 的管部分包括開口，爐子氣體通過該開口由管內(nèi)的空氣和燃?xì)鈬娚錃鈩?dòng)地驅(qū)動(dòng)，在那里爐 子氣體在混合物點(diǎn)火之前與燃燒空氣和燃料混合。然而，如果燃料開始在管道邊界內(nèi)燃燒， 該燃燒器容易過熱并損壞管道。當(dāng)空氣、煙道氣和燃料氣體的總輸入混合物被類似于TOR 的不活潑氣體充分稀釋時(shí)，燃料在管道中燃燒的狀態(tài)可能發(fā)生?？刂迫紵鞯墓ぷ鞣绞绞?其遠(yuǎn)離內(nèi)部燃燒火焰也需要朝向管道的排出端更多地偏移，這對于獲得最低NOx排放來說 一般不是最佳的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明對于前面引用的待批專利申請中記載的低NOx燃燒器方面的進(jìn)一步改進(jìn)在 于，它省去了管道圍住燃燒器的需要并簡化了燃燒器的構(gòu)造和操作，如下文所述。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的低NOx燃燒器被安裝在爐子中，該爐子具有圍住爐子的燃燒室 的爐壁。燃燒器被安裝在爐壁上并通過爐壁中的開口而延伸進(jìn)入燃燒室，在燃燒室產(chǎn)生火 焰。燃燒器本身具有完全設(shè)置在燃燒室內(nèi)的燃燒空氣旋流器，且其下游端與爐壁隔開 一顯著的距離，如下文中進(jìn)一步描述的那樣。燃燒空氣管延伸入燃燒室、支承旋流器并使燃 燒空氣從爐子外的燃燒空氣源通過旋流器進(jìn)入燃燒室。多個(gè)空氣端口一優(yōu)選為六個(gè)，但也可使用更多或更少的數(shù)量一從爐壁延伸進(jìn) 入燃燒室。它們彼此沿周向等距地間隔以在其間限定若干空間，并通常單獨(dú)提供所需燃燒 空氣的主要部分，或在需要時(shí)與TOR混合。其排出端設(shè)置在燃燒室內(nèi)、旋流器上游，并且它 們與旋流器和爐壁分隔開。在相鄰空氣端口之間的合適板阻止燃燒空氣從燃燒空氣源流入爐子，除了通過端 口和燃燒器中央的管道。第一組細(xì)長的燃料接管(spud)——優(yōu)選為與數(shù)個(gè)空氣端口對應(yīng)的數(shù)個(gè)燃料接 管——從燃料源延伸經(jīng)過爐壁進(jìn)入燃燒室。它們位于接管端部的燃料氣體排出孔與爐壁隔 開至少象旋流器下游端那么遠(yuǎn)，以使燃料氣體排放進(jìn)入燃燒室，燃料氣體在燃燒室與來自 旋流器的燃燒空氣混合。至少一個(gè)第二燃料接管位于每個(gè)相鄰空氣端口之間的氣穴空間內(nèi)，并從燃料源經(jīng) 過爐壁延伸入燃燒室。每個(gè)第二燃料氣體接管沿徑向與燃燒器的軸線隔開以使其位置靠近 相鄰端口沿徑向的最外部。每個(gè)第二燃料接管具有下游端，該下游端包括設(shè)置在燃燒室和 氣穴內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)燃料排出孔，這些排出孔位于爐壁的下游并位于空氣端口的排出端的 上游。由第二燃料射流和通過空氣端口排出的空氣流形成的氣動(dòng)力造成燃燒產(chǎn)物(在 下文中稱其為“爐子氣體”)從燃燒室內(nèi)的火焰向爐子前壁返回的循環(huán)。在該循環(huán)過程中， 燃燒產(chǎn)物由于對爐子水管壁的熱傳遞而部分地降溫冷卻。結(jié)果，從第二接管通過空氣端口 之間的空間傳播的燃料氣體首先與本質(zhì)不活潑的溫度降低的爐子氣體混合。這種不可燃的 混合物與來自旋流器上游的空氣端口的排出端的燃燒空氣進(jìn)一步混合，以通過旋流器下游 側(cè)的燃燒室內(nèi)的火焰實(shí)現(xiàn)混合物的后繼點(diǎn)燃?；旌掀鬟M(jìn)一步優(yōu)選地關(guān)聯(lián)于可工作地耦合于燃料氣體源并設(shè)置成相較于第一燃 料氣體接管引導(dǎo)更多的燃料氣體通過第二燃料氣體接管的燃料氣體閥或調(diào)節(jié)器。根據(jù)本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例，燃燒器包括帶噴嘴的第三組燃料氣體接管，所述 噴嘴被設(shè)置在各空氣端口內(nèi)。第三燃料氣體噴嘴沿其端口中心線布置——通常例如沿空氣 端口的徑向中心線在每個(gè)空氣端口中設(shè)置多個(gè)噴嘴。選擇噴嘴的大小和位置以形成燃料相 對于空氣流幾乎均勻的分布。所有第三噴嘴沿與周圍的空氣流相同的方向噴射燃料。之前提到的位于相鄰空氣端口之間的氣穴在燃燒室內(nèi)周向開啟，并且空氣管道和 旋流器均不被包圍在管道或?qū)Ч軆?nèi)以使它們處于爐子氣體再循環(huán)體系中。這意味著在燃燒 室內(nèi)再循環(huán)的爐子氣體可進(jìn)入相鄰氣體端口之間的氣穴，在那里爐子氣體與燃料氣體混合 以形成不可燃的燃料氣體/爐子氣體混合物，該混合物朝向旋流器朝下游方向流動(dòng)。在空 氣端口下游，該混合物進(jìn)一步與來自空氣端口的燃燒空氣混合，并形成可由旋流器下游存 在火焰點(diǎn)燃的燃料氣體/燃燒空氣/爐子氣體混合物。
對于特殊場合，可能要求或需要將燃燒空氣和TOR的混合物傳輸至風(fēng)箱。這種選 擇方案優(yōu)選地局限于某些場合，即低于必須達(dá)到可單獨(dú)采用爐子氣體再循環(huán)就能實(shí)現(xiàn)程度 的尤其低的NOx排放的場合，因?yàn)檫@需要較大且因此較高成本的鼓風(fēng)機(jī)、管道、風(fēng)箱等。在燃燒器最初點(diǎn)火之后的操作中，通過燃燒器產(chǎn)生的火焰停留在旋流器的下游 端，相對遠(yuǎn)離燃燒器安裝在的前爐壁上。由于燃燒器不被包圍在管道或管形件內(nèi)且主要空 氣排出端口的位置相對靠近爐子前壁，盡管旋流器相對遠(yuǎn)離壁并在燃燒室內(nèi)伸出很遠(yuǎn)，然 而燃料氣體、燃燒空氣及其混合物的流速在它們到達(dá)旋流器之前已顯著降低。這避免了常 見現(xiàn)有技術(shù)燃燒器所遇到的問題，所述常見現(xiàn)有技術(shù)燃燒器位于圍繞的管狀導(dǎo)管的端部內(nèi) 及其附近，在那里當(dāng)試圖獲得最低NOx排放時(shí)較高的燃料氣體-燃燒空氣混合物速度可能 導(dǎo)致火焰不穩(wěn)和相對早的熄火。使用本發(fā)明的燃燒器，排出的空氣和氣體不受有限的橫截 面的約束并因此它們相對快地減速，這有助于使旋流器處的火焰穩(wěn)定。因此，本發(fā)明降低 了圍繞旋流器的氣體的流速，增加了火焰穩(wěn)定性并顯著地降低了熄火的可能性，同時(shí)通過 制造、安裝、維護(hù)和運(yùn)作都比對應(yīng)現(xiàn)有技術(shù)的燃燒器成本更低的燃燒器來獲得較低的NOx排 放。 另外，通過將全部燃燒氣體接管設(shè)置在空氣端口沿徑向的最外側(cè)并省去通常由爐 壁形成的燃燒器喉部，燃燒器的徑向覆蓋面積(相對于爐壁)減小以使其占據(jù)燃燒器前壁 和爐子室內(nèi)的較小空間。這個(gè)特征對改造具有低NOx燃燒器的已有爐子尤為有利，在這種 情形下燃燒器可用的開口尺寸受前壁水管約束(因?yàn)楫?dāng)前可用的低NOx燃燒器通常明顯大 于傳統(tǒng)燃燒器，這是因?yàn)樗鼈冃枰叩腡OR速率和降低NOx所需的附加特征)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明制造的低NOx燃燒器的示意性側(cè)視橫截面圖，該燃燒器安裝在 爐壁上并沿圖2的剖切線I-I獲得。圖2是圖1所示的燃燒器的正視圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的爐子的燃燒室內(nèi)的爐子氣體的再循環(huán)的示意圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖，爐子2具有帶開口 6的前壁4，開口 6提供進(jìn)入爐子內(nèi)的燃燒室8的通 道。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的低NOx燃燒器10延伸通過開口 6進(jìn)入爐子2的燃燒室，在燃燒室中 形成用于生熱的火焰84。例如，爐子可以是產(chǎn)生蒸汽的鍋爐。燃料氣體供給12和燃燒空氣供給90適當(dāng)?shù)剡B接于風(fēng)箱14，風(fēng)箱14附連于爐子 前壁4。燃燒器將燃料和燃燒空氣引入燃燒室，在那里燃料和燃燒空氣被混合、點(diǎn)燃和燃 燒，由此放出熱能并產(chǎn)生高溫爐子氣體，所述高溫爐子氣體通常被排放入溫度降低至大約 200-400華氏度之間的范圍內(nèi)的爐子對流段16。經(jīng)冷卻的煙道氣通過煙囪20排放至大氣。 如下文中更詳細(xì)描述的那樣，一部分冷卻的煙道氣不時(shí)地經(jīng)由煙道氣再循環(huán)系統(tǒng)18再循 環(huán)進(jìn)入燃燒室。現(xiàn)在具體參見圖1和圖2，燃燒器10具有細(xì)長的燃燒器軸線22，該軸線也是由擋 板觀上的合適管安裝件沈支承的燃燒空氣管道M的軸線。管道的尾部或上游端30是敞 開的，伸入風(fēng)箱14，并具有可用來調(diào)節(jié)燃燒空氣流入管道的氣閘32，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的那樣。在其下游端34，燃燒器管支承燃燒空氣旋流器36，該旋流器36具有帶旋流葉片38 的下游端。燃燒空氣管足夠長以使旋流器的下游端位于與爐子前壁4離開顯著距離的位 置。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，燃燒器管具有大約6. 5英寸的直徑并且旋流器的下游端與 爐壁相隔大約44英寸，以使旋流器的下游端略小于管道直徑六倍地與爐壁隔開。對于多數(shù) 場合，爐子前壁和旋流器下游端之間的距離可以在燃燒空氣管道M直徑的大約四至八倍 之間的范圍內(nèi)，但為了特殊安裝和目的以及爐子結(jié)構(gòu)，這個(gè)范圍可以更大或更小。在所示實(shí)施例中，一組六個(gè)中央燃料氣體接管40在旋流器36外緣周圍周向等距 地間隔開，它們通過合適的接管保持件42在旋流器上保持在位，且它們的下游端44與爐壁 4隔開至少象旋流器的下游端38那么遠(yuǎn)，且它們優(yōu)選地略為延伸超過旋流器，如圖1所示。 中央接管的下游端具有孔46，燃料氣體從中排放進(jìn)入流過旋流器的空氣渦流。每個(gè)中央接 管的上游端48流體連接于燃料氣體源12，該燃料氣體源12在圖1中表示為圓形燃料氣體 供給管或集管12a。在所示實(shí)施例中，由細(xì)長導(dǎo)管形成的一組六個(gè)燃燒空氣端口 50周向等距地分布 在燃燒空氣管道M四周，如圖2所示。每個(gè)空氣端口由徑向的內(nèi)壁和外壁M、56以及側(cè)壁 52形成?？諝舛丝诘臋M截面通過側(cè)壁52朝下游方向變小以使空氣端口的上游端58具有比 其下游排出端60更大的橫截面。排出端進(jìn)而削錐(如圖1中最清楚看到的那樣)以使空 氣端口的最外側(cè)壁56比其最內(nèi)側(cè)壁M更深地伸入燃燒室8。該削錐導(dǎo)致流過空氣端口的 燃燒空氣偏向，所述偏向引導(dǎo)空氣流朝向旋流器36以通過旋流器下游側(cè)上的火焰點(diǎn)燃。對于根據(jù)本發(fā)明的典型燃燒器結(jié)構(gòu)，爐子前壁4和空氣端口 50的排出端60之間 的間隔大約在爐壁和旋流器36的下游端38之間距離的1/4至1/2之間的范圍內(nèi)。在本發(fā) 明的尤其優(yōu)選實(shí)施例中，空氣端口排出端與爐壁相隔16英寸，而旋流器的下游端與之相隔 44英寸。然而，如果給定安裝需要的話，則可向上或向下超出這些范圍。在每個(gè)相鄰一對的空氣端口之間是沿徑向向外開啟的空間，該空間通過燃燒器板 28和隔熱件62朝上游方向封閉。在相鄰空氣端口之間的空間形成氣穴64，該氣穴64朝尾 部方向并且也基本沿徑向向內(nèi)的方向密閉，并沿下游和徑向向外的方向敞開，如圖1所示。 結(jié)果，實(shí)際上沒有來自風(fēng)箱14的燃燒空氣流入或流過氣穴。中央接管40通過燃燒器擋板觀延伸入并經(jīng)過氣穴64直至燃燒室中的旋流器。一 組附加的第二燃料氣體接管66被設(shè)置在靠近氣穴64沿徑向的最外部，該最外部靠近空氣 端口 50的外壁56。第二接管的下游端具有孔68。帶孔68的第二接管66的下游端位于燃 燒室內(nèi)，就在爐壁4的下游和氣穴64內(nèi)的空氣端口 50的排出端60的上游。接管66的上 游端70以第二圓形燃料氣體集管12b的形式流體連接于燃料源12。通過孔68逸出的燃料 氣體流入氣穴64。第三組燃料接管72優(yōu)選地設(shè)置在每個(gè)空氣端口 50內(nèi)并包括垂直于流動(dòng)方向(優(yōu) 選地沿空氣端口的中心線)延伸通過空氣端口并具有燃料氣體排出孔76的細(xì)長噴嘴管74。 第三組接管72的上游端78以第三、圓形燃料氣體集管12c的形式流體連接于燃料氣體供 給12。每個(gè)接管72通常具有沿空氣端口的中心線布置的多個(gè)排出孔78。選擇噴嘴的尺寸 和位置以形成燃料在空氣流中的近乎均勻的分布。孔76具有沿如圖1所示軸線22的方向 的中心線。
在使用中，燃燒空氣從風(fēng)箱14通過空氣端口 50沿之前描述的朝下游方向流過其 排出端60?？諝舛丝谥械臍怏w排放噴嘴管74對燃燒空氣流表現(xiàn)出不利的阻力，該阻力與噴 嘴管74周圍的空氣速度的二次冪成比例。為使該阻力減至最小，管74被放置在空氣端口 50內(nèi)并處于空氣端口的橫截面(在垂直于軸線22平面內(nèi))顯著大于空氣端口在排出端60 處的橫截面的位置，以使經(jīng)過噴嘴管74的空氣流速顯著小于其在排出端的速度。圖1所示的點(diǎn)火器80適當(dāng)?shù)匚挥谥辽僖粋€(gè)空氣端口 50內(nèi)，并被激活以初始點(diǎn)燃 形成在燃料氣體噴嘴管74下游側(cè)的燃燒空氣-燃料氣體混合物的第一部分。通過點(diǎn)火器 引起的火焰進(jìn)一步延伸過旋流器排出端38，在那里火焰點(diǎn)燃輸送至燃燒器的剩余燃料。燃料氣體流調(diào)節(jié)器82從源12接收燃料氣體，將控制量的燃料氣體引向燃料氣體 集管Ih-C并控制傳輸至每個(gè)集管的燃料氣體量。對于爐子氣體的常見、正常的操作，燃料 氣體調(diào)節(jié)器將總?cè)剂蠚怏w需求的大約5-20%之間的量傳輸至中央接管40，將總氣體需求 的大約30-70%之間的量傳輸至外部接管66，并將燃料氣體需求的大約10-40%之間的量 傳輸至空氣端口 50內(nèi)的燃料氣體接管72。為了起動(dòng)爐子，通過初始將空氣從風(fēng)箱14吹入并使之通過爐子的燃燒室8以清洗 可能存在任何燃料殘?jiān)娜紵叶鴨?dòng)燃燒器10。為了對燃燒器點(diǎn)燃，開始使減少的燃燒 空氣通過空氣管M和空氣通道50流入燃燒室。至少一個(gè)空氣端口 50中的點(diǎn)火器80被點(diǎn) 燃以產(chǎn)生向旋流器36向前伸出的火焰，且作用燃料氣體流量調(diào)節(jié)器82以使燃料氣體流過 空氣端口 50內(nèi)的內(nèi)接管40、外接管66和接管72下游端的諸個(gè)孔。因此，引燃火焰和被點(diǎn) 燃的燃料氣體延伸經(jīng)過旋流器36的下游端38，這造成由燃燒器的全部燃料氣體接管放出 的燃料氣體的點(diǎn)燃。一旦旋流器36下游的火焰被點(diǎn)燃，點(diǎn)火器80關(guān)閉。由于空氣端口內(nèi)沒有足夠強(qiáng) 的引燃火焰而缺乏火焰穩(wěn)定性，因此從空氣端口 50內(nèi)部向旋流器延伸的火焰熄滅。燃燒器 的工作通過形成在燃燒室8內(nèi)和旋流器36下游的火焰84而繼續(xù)，所述火焰84通過來自燃 燒器接管的燃料和經(jīng)由旋流器36和空氣端口 50排入燃燒室的燃燒空氣饋給。從端口 50的排出端出來的空氣和燃料射流的動(dòng)力以及來自氣穴64中的孔68的 燃料氣體射流的動(dòng)力使來自燃燒室內(nèi)部(旋流器36的下游)的爐子氣體朝向爐子前壁4 形成再循環(huán)86，如圖3所示。再循環(huán)爐子氣體通常通過與覆有例如沿其壁正常地設(shè)置在爐 子內(nèi)部的管88的爐壁的熱傳遞而從最初火焰溫度開始部分冷卻。一部分再循環(huán)燃料氣體 進(jìn)入相鄰對的空氣端口 50之間的氣穴64，在這里來自外接管66的燃料氣體夾帶進(jìn)入爐子 氣體。在空氣端口排出端60的下游，該燃料氣體/爐子氣體混合物與來自空氣端口 50的 燃燒氣體混合，所述燃燒氣體通常包括來自第三組接管72的噴嘴管74的燃料氣體。爐子 氣體/燃燒空氣/燃料混合物如前所述地流向旋流器36，且在旋流器36下游混合物由通過 旋流器38的作用穩(wěn)定的火焰84點(diǎn)燃。 再循環(huán)爐子氣體夾帶入燃料氣體/燃燒空氣混合物導(dǎo)致火焰84溫度降低，這進(jìn)而 減少了 NOx的產(chǎn)生和排放。這能較為有利地達(dá)成而不需要增加進(jìn)入和通過爐子對流段16的 流量，并且不需要較大的鼓風(fēng)機(jī)92和導(dǎo)管尺寸，而如果例如通過增大煙道氣再循環(huán)18的流 量來降低火焰溫度的話，則就要求這樣做了。 另外，在再循環(huán)爐子氣體回到鍋爐爐前部時(shí)，其通常具有大約1000-2000華氏度 的溫度。當(dāng)該氣體與來自空氣端口 60的流體混合時(shí)，在被點(diǎn)燃至大約600-800華氏度前，所得到的混合物的總溫度上升。這顯著地提高了點(diǎn)燃前后的氣體溫度之間的比(對于非常 低NOxW火焰，其溫度大約為2500華氏度)。結(jié)果，更容易發(fā)起和維持燃燒過程。這使火焰 穩(wěn)定，并構(gòu)成了本發(fā)明所獲得的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)。如果NOx排放需要降低至低于通過在燃燒室內(nèi)再循環(huán)爐子氣體可實(shí)現(xiàn)的程度，則 將一些煙道氣通過煙道氣再循環(huán)系統(tǒng)18添加至燃燒空氣。再循環(huán)的煙道氣降低了燃料氣 體/燃燒空氣/再循環(huán)爐子氣體混合物中的可得供氧，這導(dǎo)致火焰溫度進(jìn)一步降低以及隨 之而來的爐子氣體的NOx含量在通過煙道氣處理裝置16和煙 20排放至大氣環(huán)境前的進(jìn) 一步降低。前述裝置允許獲得比占據(jù)爐子前壁上的相同總空間的其它已知裝置更低的具有 穩(wěn)定火焰的最小NOx排放，并且前述裝置對于給予可比擬水平的NOx排放來說更具能效。
權(quán)利要求
1.一種用于具有壁和位于所述壁內(nèi)的燃燒室的爐子的低NOx燃燒器，所述燃燒器包括用于連接于燃燒空氣供給的細(xì)長管，所述細(xì)長管適于安裝在所述壁上并從所述壁延伸 延伸進(jìn)入所述燃燒室顯著距離；燃燒空氣旋流器，所述燃燒空氣旋流器限定所述燃燒器的軸線，并連接于所述細(xì)長管 而使得在將所述細(xì)長管安裝在所述壁上后所述旋流器的下游端處于所述燃燒室內(nèi)部并遠(yuǎn) 離所述爐壁；多個(gè)細(xì)長的空氣端口，用來連接于所述燃燒空氣供給并適于從所述壁延伸進(jìn)入所述燃 燒室，所述空氣端口的下游排出端與所述爐壁和所述旋流器隔開；多個(gè)第一燃料氣體接管，所述第一燃料氣體接管具有位于所述旋流器下游端附近的燃 料氣體排出孔；以及第二燃料氣體接管，所述第二燃料氣體接管設(shè)置在每個(gè)相鄰成對的空氣端口之間，配 置成連接于燃料氣體源，相對于所述軸線徑向地靠近所述空氣端口的最外部設(shè)置，并具有 位于所述爐壁下游和所述排出端上游的燃料排出孔。
2.如權(quán)利要求1所述的低NOx燃燒器，其特征在于，包括第三燃料接管，所述第三燃料 接管設(shè)置在每個(gè)空氣端口內(nèi)并具有位于所述排出端上游的燃料氣體排出孔用于將燃料氣 體噴射入流過所述空氣端口的燃燒空氣中。
3.如權(quán)利要求1所述的低NOx燃燒器，其特征在于，包括圍繞所述細(xì)長管沿周向等間距 設(shè)置的至少六個(gè)空氣通道。
4.如權(quán)利要求3所述的低NOx燃燒器，其特征在于，包括圍繞所述旋流器外緣沿周向等 間距設(shè)置的數(shù)個(gè)第一燃料氣體接管，其數(shù)量等于所述空氣端口的數(shù)量。
5.如權(quán)利要求1所述的低NOx燃燒器，其特征在于，每個(gè)空氣端口形成具有一橫截面的 細(xì)長導(dǎo)管，所述橫截面在所述導(dǎo)管的上游端最大并在其下游端最小，使得當(dāng)燃燒空氣流過 所述導(dǎo)管時(shí)，燃燒空氣速度在所述導(dǎo)管的排出端達(dá)到最大。
6.如權(quán)利要求5所述的低NOx燃燒器，其特征在于，包括配置在每個(gè)導(dǎo)管中的第三燃料 氣體接管，且所述第三燃料氣體接管在所述導(dǎo)管中處于所述導(dǎo)管的排出端上游的位置，在 那里所述燃燒空氣經(jīng)過所述第三燃料氣體接管的速度低于所述燃燒空氣在所述導(dǎo)管的排 出端的速度。
7.如權(quán)利要求5所述的低NOx燃燒器，其特征在于，所述導(dǎo)管的排出端的形狀設(shè)計(jì)成使 所述導(dǎo)管沿徑向的最外部比所述導(dǎo)管沿徑向的最內(nèi)部更深地延伸進(jìn)入所述燃燒室，用以使 從所述空氣端口排出的燃燒空氣流偏向所述旋流器。
8.如權(quán)利要求1所述的低NOx燃燒器，其特征在于，所述空氣端口的排出端延伸大約所 述爐壁和所述旋流器的下游端之間距離的25% -50%。
9.如權(quán)利要求1所述的低NOx燃燒器，其特征在于，包括位于空氣端口內(nèi)的點(diǎn)火器，用 來在所述爐子的起動(dòng)操作中點(diǎn)燃從所述第三燃料接管排出的燃料。
10.一種適于安裝在具有壁和位于所述壁內(nèi)的燃燒室的爐子上的低而!￡燃燒器，所述燃 燒器包括旋流器，所述旋流器安裝在燃燒空氣管上并具有在離所述爐壁最大距離的位置安裝在 所述燃燒室內(nèi)的下游端；至少六個(gè)細(xì)長的、間隔開的空氣端口，所述空氣端口基本等距地圍繞所述管設(shè)置，用于 使燃燒空氣流入所述燃燒室，每個(gè)空氣端口具有與所述爐壁隔開小于所述最大距離的中等 距離的下游排出端；壁部件，所述壁部件設(shè)置在相鄰成對空氣端口之間的空間內(nèi)并靠近它們的上游端，用 于防止燃燒空氣在相鄰空氣端口之間流動(dòng)；多個(gè)第一燃料氣體排出接管，所述第一燃料氣體排出接管圍繞所述旋流器的外周設(shè) 置，并具有延伸進(jìn)入所述燃燒室至少所述最大距離的排出孔；以及第二燃料氣體排出接管，所述第二燃料氣體排出接管配置在每個(gè)相鄰成對空氣端口之 間的空間內(nèi)，所述第二燃料氣體接管位于靠近所述空氣端口沿徑向的最外部處并具有使燃 料氣體流入所述燃燒室的燃料氣體排出孔，所述燃料氣體排出孔與所述爐壁相隔小于所述 中等距離的最小距離。
11. 一種低NOx排放爐子，包括 圍住燃燒室的爐壁；具有縱軸線的低NOx燃燒器，所述低NOx燃燒器安裝在所述爐壁上并通過所述爐壁中的 開口延伸進(jìn)入所述燃燒室，所述燃燒器在所述燃燒室內(nèi)產(chǎn)生火焰，所述火焰在所述燃燒室 內(nèi)產(chǎn)生爐子氣體，所述爐子氣體作為經(jīng)過爐子氣體處理后的煙道氣排出； 燃燒空氣源和燃料氣體源，用于產(chǎn)生火焰；所述燃燒器包括完全安裝在所述燃燒室內(nèi)的燃燒空氣旋流器，使所述旋流器的下游端 與所述爐壁相隔顯著距離；燃燒空氣導(dǎo)管，用于使燃燒空氣從所述燃燒空氣源通過所述旋流器流入所述燃燒室； 多個(gè)空氣端口，所述空氣端口從所述爐壁延伸進(jìn)入所述燃燒室且彼此周向等間距地設(shè) 置以在所述空氣端口之間限定空間，所述空氣端口具有設(shè)置在所述燃燒室內(nèi)的排出端，所 述排出端位于所述旋流器的上游并與所述旋流器和所述爐壁分隔開；位于相鄰成對的空氣端口之間的板，所述板阻止燃燒空氣從燃燒空氣源流過所述空氣 端口之間的空間；第一組細(xì)長的燃料接管，所述第一組燃料接管從所述燃料氣體源延伸經(jīng)過所述爐壁開 口進(jìn)入所述燃燒室并具有燃料氣體排出孔，所述燃料氣體排出孔與所述爐壁相隔至少象所 述旋流器下游端那么多的距離，所述燃料氣體排出孔用于將燃料氣體排入所述燃燒室并使 所述燃料氣體與來自所述旋流器的燃燒空氣混合；至少一個(gè)第二燃料接管，所述第二燃料接管位于每個(gè)相鄰空氣端口之間的空間內(nèi)并從 所述燃料氣體源經(jīng)過所述爐壁延伸進(jìn)入所述燃燒室，每個(gè)第二燃料氣體接管與所述軸線沿 徑向隔開以使所述第二接管位于相鄰空氣端口沿徑向的最外部附近，每個(gè)第二燃料接管具 有下游端，所述下游端具有位于所述燃燒室內(nèi)的燃料氣體排出孔，所述燃料氣體排出孔位 于所述爐壁的下游和所述相鄰空氣端口的排出端的上游，使得由所述第二接管排出的燃料 氣體與在所述燃燒室內(nèi)朝向爐壁并進(jìn)入相鄰空氣端口之間的空間再循環(huán)的爐子氣體混合， 用以在所述空氣端口下游端的上游形成不可燃的燃料氣體-爐子氣體混合物，所述不可燃 的混合物與來自所述旋流器上游的空氣端口排出端的燃燒空氣另行混合，以供之后由基本 位于所述旋流器下游的燃燒室內(nèi)的火焰點(diǎn)燃；以及工作中耦合于所述燃料氣體源和所述燃料氣體接管的燃料氣體排放調(diào)節(jié)器，用于相較于所述第一燃料氣體接管引導(dǎo)更多的燃料氣體通過所述第二燃料氣體接管。
12.如權(quán)利要求11所述的爐子裝置，其特征在于，所述空間、所述第一燃料氣體接管、 所述旋流器和所述燃燒空氣管道沿相對于軸線的徑向方向是無阻的，使得所述燃燒室內(nèi)的 再循環(huán)燃料氣體能自由地流入所述空間并流到所述第一燃料氣體接管、所述旋流器和所述 燃燒空氣導(dǎo)管附近，用于在所述旋流器下游端的上游混合燃料氣體、燃燒空氣和再循環(huán)爐 子氣體。
13.如權(quán)利要求12所述的爐子裝置，其特征在于，其包括第三燃料氣體接管，所述第三 燃料氣體接管設(shè)置在每個(gè)空氣端口內(nèi)并具有位于所述空氣端口的所述排出端的上游的燃 料氣體排出孔，用于使燃料氣體夾帶在流過所述空氣端口的燃燒空氣中，由此形成燃料氣 體和燃燒空氣的混合物。
14.如權(quán)利要求13所述的爐子裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)器相較于所述第二燃料氣 體接管將更少的燃料氣體引導(dǎo)至所述第三燃料氣體接管。
15.如權(quán)利要求11所述的爐子裝置，其特征在于，所述空氣端口的所述排氣端是斜面 形的，使得每個(gè)空氣端口沿徑向的最外部比所述空氣端口沿徑向的最內(nèi)端更深地延伸入所 述燃燒室，由此使燃燒空氣從所述空氣端口偏向所述旋流器。
16.如權(quán)利要求11所述的爐子裝置，其特征在于，其包括用于將預(yù)選量的煙道氣夾帶 入所述燃燒空氣的管道。
17.如權(quán)利要求11所述的爐子裝置，其特征在于，所述爐子包括多個(gè)設(shè)置在所述燃燒 室內(nèi)的熱交換管，所述再循環(huán)爐子氣體接觸熱交換管并在再循環(huán)的爐子氣體與燃燒空氣混 合前由熱交換管冷卻。
18.一種降低來自爐子的NOx排放的方法，所述爐子具有爐壁；位于所述爐壁內(nèi)的燃 燒室；延伸入所述燃燒室的燃燒器，其從由燃燒器排出的燃燒空氣和燃料氣體在所述燃燒 室中產(chǎn)生火焰；以及設(shè)置在所述燃燒器縱軸線上的旋流器，所述方法包括將所述旋流器定位于所述燃燒室內(nèi)以使所述旋流器位于與所述爐壁相距顯著距離的 位置；將燃燒空氣的第一流引導(dǎo)通過所述旋流器并將所述燃燒空氣從所述旋流器的下游端 排入所述燃燒室；在所述旋流器下游端的下游將所述燃料氣體的第一流與所述燃燒空氣的第一流混合， 并點(diǎn)燃由此得到的混合物以在所述燃燒室內(nèi)產(chǎn)生火焰；在所述第一燃燒空氣流周圍布置多股獨(dú)立的、彼此間隔開的燃燒空氣流，并將所述燃 燒空氣流排放進(jìn)入所述燃燒室；在所述燃燒空氣流排入所述燃燒室的位置的上游，在相鄰燃燒空氣流之間形成基本無 燃燒空氣的氣穴；使第二燃料氣體獨(dú)立地沿朝向所述旋流器的方向流入所述氣穴；使?fàn)t子氣體從所述燃燒室再循環(huán)進(jìn)入所述氣穴，使所述再循環(huán)爐子氣體從所述氣穴朝 向所述旋流器流動(dòng)，并使所述第二燃料氣體流夾帶入所述氣穴中的再循環(huán)燃燒空氣，以形 成燃料氣體-爐子氣體混合物；使所述燃料氣體-爐子氣體混合物與所述旋流器上游的燃燒空氣流混合，從而形成朝 下游方向流過所述旋流器的可燃的燃料氣體/爐子氣體/燃燒空氣混合物；以及用由所述旋流器產(chǎn)生的火焰點(diǎn)燃所述燃料氣體/爐子氣體/燃燒空氣混合物。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，其包括在所述燃燒空氣流與所述燃料氣 體-爐子氣體混合物混合前將第三燃料氣體流夾帶入所述燃料空氣流，所述第三燃料氣體 流大于所述第一燃料氣體流且小于所述第二燃料氣體流。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，其包括將從所述爐子排放出的一些煙道 氣夾帶入所述燃燒空氣流。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，其包括在從所述氣穴至所述燃燒器的旋 流器的燃燒器基本整個(gè)長度上為再循環(huán)爐子氣體在所述燃燒室內(nèi)的流動(dòng)提供無阻礙的通 道。
全文摘要
一種安裝在爐壁上的低NOx燃燒器。該燃燒器具有連接于燃燒空氣供給的細(xì)長管，該細(xì)長管的爐子側(cè)端安裝與爐壁相隔顯著距離的燃燒空氣旋流器。多個(gè)——通常為六個(gè)——細(xì)長空氣端口從爐子的風(fēng)箱通過壁延伸進(jìn)入燃燒室并提供大部分所需的燃燒空氣?？諝舛丝诘南掠味伺c爐子壁以及與旋流器間隔開，并且它們被配置成使排出的空氣流偏向旋流器。多個(gè)具有燃料氣體排出孔的第一燃料氣體接管圍繞旋流器而布置并將燃料氣體在旋流器下游排放進(jìn)入燃燒室。
文檔編號F23C9/00GK102084182SQ200980115933
公開日2011年6月1日 申請日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日
發(fā)明者S·B·朗德凡勒, V·來福史茨 申請人:科恩公司股份有限公司